最新仔细看了一遍JDK1.6 HashMap的源码，收获颇深，写一篇博客来记录下自己的学习心得。HashMap也是Java中一个非常重要的集合，确实值得研究和学习。
本文主要分几个步骤来讲HashMap：
一、HashMap底层实现
二、HashMap源码分析
1.成员变量
2.构造方法
3.put()方法和get()方法
三、HashMap需要注意的关键点
一、HashMap底层实现
HashMap底层是通过数组和链表来实现的。
HashMap是Java中存储键值对的容器，当我们调用HashMap的put()方法往Map存储数据时，HashMap先通过“hash算法”得出该key的hashCode值，再通过hash值和数组长度计算出该key存储在数组中的索引位置，如果该索引位置上存在相同的hashCode和相同的key，则新值覆盖旧值，并返回旧值；如果存在相同的hashCode，但是key不相同，这时就产生hash冲突，hash冲突后数组里单个元素存放的不是一个Entry，而是一个Entry链，Entyr存放的是key-value，HashMap结构如下图：
二、HashMap源码分析
1、成员变量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;// 默认容量 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;// 最大容量，其实就是2的30次幂 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;// 默认加载因子 transient Entry[] table;// 存放key-value的数组 transient int size;// Map容器里存放的元素个数 int threshold;// 临界值 final float loadFactor;// 加载因子 transient volatile int modCount;// Map被操作的次数分析：
treashold 表示Map容量的临界值，当存放的元素超过这个临界值时，Map就会扩容，threashold=capacity * loadFactor，loadFactor 是加载因子，默认为0.75f这是时间和空间的权衡，当loadFactor配置得过大时，内存的利用率比较高，也就是table数组可以存放更多的元素，同时也降低了查询效率，因为hash冲突机会大了，当loadFactor配置得过小时，减少了hash冲突，提高了查询效率，但是内存的利用率低了，table数组很多位置还没存放元素就开始扩容了。
2、构造方法
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
// 数字的合法性判断
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
// 找到2的n次幂 >= 指定容量值
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);// 计算临界值
table = new Entry[capacity];// 创建容量为capacity的数组
init();
}
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
}
分析：
2.1）public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) 从代码中可以看出，HashMap并不是直接使用传入的initialCapactiy来创建数组，而是通过一个算法来取得需要创建的数组大小，这个算法就是找到2的n次幂，使得这个数大于等于initialCapcity，使用这个数来创建存放键值对的数组。 2.2）public HashMap(int initialCapacity) 使用指定的容量和默认的加载因子来创建Map 2.3）public HashMap() 使用默认的容量和默认的加载因子来创建Map3、put()方法
public V put(K key, V value) {
// 如果key为null，为把key-value存放在table[0]的位置上
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 如果key不为null，则通过“hash算法”计算出key的hash值，并通过hash值计算出该值存储在table数组中的索引位置
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
// 如果该索引位置上存放的不是单独的Entry元素，而是一个Entry链，则遍历该链表
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 如果hash值和key都相同，则新值覆盖旧值，并返回旧值
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;// 操作数+1
addEntry(hash, key, value, i);// 将键值对存入数组
return null;
}
put()方法工作流程：
1）如果key为null，则把键值对存到talbe[0]位置上； 2）如果key不为null，则通过“hash算法”计算出key的hash值，并通过hash值计算出该值存储在table数组中的索引位置； 3）如果该索引位置上的元素是空，则直接将键值对存入数组中； 3）如果该索引位置上不为空，并且是一个Entry链，则遍历该链表，如果找到hash值和key都相同，则新值覆盖旧值，并返回旧值； 4）如果存在相同的hash值，但是key不同，这时就形成hash冲突，hash冲突时，会形成一个Entry链，新的元素会存在链表的首位置，并用一个next对象指向下一个元素。 接着我们一步一步分析put里面调用的每一个方法，首先看看putNullForKey()方法的源码：private V putForNullKey(V value) {
// 获取table[0]位置上的元素，如果该元素是一个Entry链表，则遍历该链表
// 找到key==null的元素，新值替换旧值，返回旧值
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;// 操作数+1
// 如果数组不存在key为null的元素，则存储在table[0]的位置上
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
接着我们看看hash()源码：
static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
这个方法我们可以不用理解细节，只要认为它可以算出一个合理的hash值就好，接着我们看看indexFor()的源码：static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
该方法是通过key的hash值和数组的长度，计算出元素所要存储的索引位置，它能比较均匀的散列在数组的各个索引中，相当于取模，但是取模用到除法，效率比较低，这个通过二进制的位运算，效率高很多。
接着我们看看addEntry()方法源码：
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 取得计算出来的索引位置上的元素
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 创建新的Entry对象，存入table数组中，并用一个next变量指向原来的元素
// 如果原来为空，则next=null，否则形成一个Entry链表
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// 添加元素后，如果存放的元素个数超过临界值，则扩容
if (size++ >= threshold)
// 数组扩容以2的倍数扩展
resize(2 * table.length);
}
addEntry() 方法是形成链表的核心代码，需要重点分析下，首先取得table[bucketIndex]上的元素，这个bucketIndex就是上面通过hash算法计算出来的索引值，然后通过传入的hash，key，value构建一个新的Entry对象，存入table[bucketIndex]中，并用一个Entry对象的next变量指向原来的元素，形成链表。
接着我们看看扩容方法resize()的源码：
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
// 如果原来数组的容量已经等于最大值，则临界值直接等于Integer的最大值，并且不再扩容
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
// 根据指定容量创建一个新的数组
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
// 数组拷贝，把原来的数组内容拷贝到新的数组中(该方法最耗时)
transfer(newTable);
// 新的数组引用指向给table
table = newTable;
// 重新计算临界值
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
扩容时，最耗时的就是数组拷贝，我们看看数组拷贝的 transfer()源码：
void transfer(Entry[] newTable) {
// 取得原来数组的引用
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
// 遍历旧的数组
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K,V> e = src[j];// 取得旧数组的每一个元素
if (e != null) {
src[j] = null;// 旧的元素引用已经不再使用，置空操作，方便GC回收
do {
Entry<K,V> next = e.next;// 如果数组存放的是Entry链，则取得当前元素的下一个元素
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);// 重新计算当前元素在新数组的索引位置
e.next = newTable[i];// 新数组当前索引下如果有值，则赋值给需要添加进来的元素的下一个元素
newTable[i] = e;// 把当前元素存入新的数组中
e = next;// 遍历下一个元素
} while (e != null);
}
}
}
transfer()方法也需要重点分析下，因为它不是一个普通的数组拷贝，元素里存放的不是一个简单的对象，而一个是链表。首先用一个src指向旧的数组引用，遍历旧的数组，遍历过程中取得每个元素，如果旧的数组元素是一个Entry链，则用一个next变量取得当前元素的下一个元素，重新计算当前元素需要存放在新数组中的索引位置，如果新数组该索引位置上有值，则把该索引位置上的元素赋值给需要存放在新数组的元素的next变量上，并把旧数组中的元素存入新的数组中，把旧的数组的元素引用置空，然后遍历下一个元素。从中可以看出数组拷贝之后，原来的链表顺序已经发生了变化，所以说HashMap是不保证顺序的。说得有点绕，需要读者仔细体会这其中的思想，最好亲自上手写一遍。
我们再来看看put的方法声明：
public V put(K key, V value)
从上面的源码分析中，我们知道如果需要存储的key-value在HashMap中不存在，则直接将其存入数组相应的位置中，并返回null；
如果存在相同的hash和相同的key，则会用新值替换旧值，并返回旧值；
如果存在相同的hash，但是key不相同，则会形成链表，新加入的元素会存在链表的表头位置，并返回null；
如果key为null，则会检查数组中第一个元素table[0]是否存在key为null的值，如果有，则新值替换旧值，并返回旧值；如果没有找到key为null，则直接把key存入talbe[0]位置上，并返回null；
这说明put()返回值，要么返回与key关联的旧的值，如果没有关联过，则返回null。
4、get()方法
理解完put()方法之后，再来理解get()方法就容易多了，原来怎么存，现在就怎么取，我们看看get()源码：
public V get(Object key) {
// 如果key为null，则从数组的第一个元素中查找
if (key == null)
return getForNullKey();
// 如果key不为null，则计算key的hash值，并通过hash和数组长度计算出该key在数组中的索引
int hash = hash(key.hashCode());
// 如果该索引下的元素是一个链表，则遍历该链表
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
// 如果hash和key都相同，则返回该key对应的value值
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
// 查找不到，则返回null
return null;
}
分析get()方法：
如果key为null，则从table[0]的位置上去查找；
如果key不为null，则通过hash算法计算得出该key在数组中的索引，取得该索引下的元素，如果该索引下存储的是一个链表，则遍历链表，找到hash和key都相同的元素，如果找到，则返回该key对应的value值，如果找不到，则返回null。
接着我们看看
getForNullKey()方法的源码：
private V getForNullKey() {
// 取得数组中的第一个元素，如果是链表，则遍历链表，
// 找到key为null的元素，如果有则返回该key对应的value值，否则返回null
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
分析getFroNullKey()方法：
取得数组中的第一个元素，如果元素是一个链表，则遍历链表，找到key等于null的元素，如果找到则返回该key对应的value值，否则返回null。
我们后看看get()方法声明：
public V get(Object key)
从上面的源码中，我们知道如果该HashMap存在映射关键，则返回该key下对应的value值，否则返回null
返回null，还表示该key下对应的映射值就是null。
三、HashMap需要注意的关键点
1.HashMap怎么实现的？
HashMap底层是通过数组和链表来实现。
2.什么是hash冲突，HashMap怎么解决冲突？
当需要存入的key和原来数组中的某个元素的key，存在hash值相同，但是key不相同时，这时就产生了hash冲突；HashMap通过链表来解决冲突，当存在hash冲突时，就把需要存入的元素存在冲突元素的表头上，并用一个next变量指向原来的元素，形成链表。
3.HashMap什么时候扩容，以什么方式扩容？
当HashMap调用put()方法存入元素之后，会检查当前存放的元素个数是否超过临界值，如果超过临界值，则进行扩容，扩容时以原来长度的2倍进行扩容。这个临界值threashold是通过这种方式计算的：threashold = size * loadFactor，其中size是HashMap元素个数，loadFactor是加载因子。从这个公式可以看出，当size不变时，loadFactor越大，临界值threashold就越大，也就是数组可以存放更多
的元素
，这样提高了内存利用率，但是增加了冲突概率，也就是降低了查询效率；当loadFactor越小，临界值threashold就越小，数组还没使用完就开始扩容，这样提高了查询效率，却浪费了很多内存空间，因为很多元素还没使用数组就开始扩容了。